作者 |  Aimme

出品 |  焉知

下一代自動(dòng)駕駛架構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)傾向于以軟件定義汽車的方式集合，主要涉及中央集中處理單元的方式會(huì)存在較大的改變。這一改變主要體現(xiàn)在外圍傳感單元將不再有單獨(dú)的分布式處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)前端處理，而更多的是僅僅作為感知單元將相應(yīng)的感知數(shù)據(jù)集中到中央處理單元中進(jìn)行綜合處理。

概述

面向自動(dòng)駕駛場(chǎng)景，高精度地圖讓自動(dòng)駕駛車輛人性化地理解不斷變化的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，通過云端實(shí)時(shí)更新的多圖層高精度地圖數(shù)據(jù)，在自動(dòng)駕駛車感知、定位、 規(guī)劃、決策等模塊起到重要作用。當(dāng)前高精度地圖的數(shù)據(jù)處理方式主要是放在自己?jiǎn)为?dú)的地圖盒子里面進(jìn)行前端處理，包含將原始高精地圖的建圖數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析分解形成自動(dòng)駕駛域控制器可用的數(shù)據(jù)。

 

這一過程我們通常稱之為EHP（Electronic Horizon Provider）數(shù)據(jù)到EHR（Electronic Horizon Reconstructor）數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。EHP是ADASIS協(xié)會(huì)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)它主要是為了解決在CAN總線上各模塊異構(gòu)的問題，能夠以CAN總線消息的方式，向以太網(wǎng)或者向CAN總線發(fā)送這個(gè)地圖數(shù)據(jù)，告訴所ECU前方的情況是什么樣。所以它也叫EHP，eHorizon也就是電子 地平線 。車輛通過EHP它就能夠知道前方的路況怎么樣，前方是不是有比較大的彎道，前方限速是不是有變化或者是不是車輛馬上該出主路了等等。然后用EHP播發(fā)地圖時(shí)相當(dāng)于把一個(gè)地圖的語(yǔ)言轉(zhuǎn)成一個(gè)汽車的語(yǔ)言。而實(shí)際上，在自動(dòng)駕駛中央域控制器單元中，還是無(wú)法直接利用高精地圖地平線直接的播發(fā)EHP數(shù)據(jù)，而是需要在終端進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)后的Can數(shù)據(jù)才能真正的為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)所用。其中，該重構(gòu)的過程包含了電子地平線數(shù)據(jù)的提取、存儲(chǔ)、同步和格式轉(zhuǎn)化等幾個(gè)過程，這個(gè)詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理模塊也正是放在高精度地圖盒子里的。

下一代自動(dòng)駕駛系統(tǒng)高精定位架構(gòu)

為了適應(yīng)下一代自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的開發(fā)需求，我們實(shí)際是把如上數(shù)據(jù)處理過程放入了中央控制單元進(jìn)行。所有的開發(fā)算法需要由自動(dòng)駕駛AI/SOC芯片或者M(jìn)CU芯片來(lái)承擔(dān)。由于將高精度地圖原始數(shù)據(jù)直接輸入至自動(dòng)駕駛中央域控制器中，這就要求域控制器具備足夠高的處理能力，這里我們通常考慮的指標(biāo)包含了算力、帶寬、利用率等幾個(gè)因素。眾所周知，MCU作為決策規(guī)劃的高級(jí)別處理單元，對(duì)自動(dòng)駕駛傳感輸入端的結(jié)果數(shù)據(jù)處理是夠用的，但是對(duì)于以指數(shù)級(jí)別遞增的原始傳感數(shù)據(jù)，則顯得無(wú)能為力。因此，我們?cè)诟呔貓D數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)化中也通常會(huì)放到前端SOC芯片中，因?yàn)槠渌懔Α捈叭诤纤惴ǘ际窍鄬?duì)成熟的。如下圖表示了一種高精地圖集中式數(shù)據(jù)處理的結(jié)構(gòu)圖。

 

本文將針對(duì)性講解自動(dòng)駕駛域控制器如何將前端EHP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為后端可處理執(zhí)行的EHR數(shù)據(jù)。

地圖數(shù)據(jù)播發(fā)與重構(gòu)算法分析

自動(dòng)駕駛域控制器在針對(duì)高精地圖數(shù)據(jù)的集中式處理方式上主要是采用了緊耦合方式，其原理是將圖商提供的地圖原始數(shù)據(jù)EHP與AI芯片算法需要使用的數(shù)據(jù)（主要包含傳感器感知數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)、輪速數(shù)據(jù)、RTK數(shù)據(jù)）進(jìn)行有效融合，最終生成可以直接供自動(dòng)駕駛域控制器邏輯處理單元MCU利用的高精度定位信息EHR。屆時(shí)，數(shù)據(jù)定位與播發(fā)EHP，數(shù)據(jù)管理與重構(gòu)EHR的任務(wù)都交給了中央域控制器內(nèi)部處理單元進(jìn)行，圖商只是提供眾包和生成的底圖。就內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸而言，以上EHP與EHR兩者之間仍舊基于ADASIS V3協(xié)議進(jìn)行通信，自動(dòng)駕駛控制算法模塊能夠直接利用的仍舊是EHR信息，因此EHR仍舊需要解析以及向上層應(yīng)用輸出統(tǒng)一接口（一般為直接的CAN數(shù)據(jù)）。

在我們針對(duì)EHP轉(zhuǎn)EHR的軟件設(shè)計(jì)中主要需要考慮如下一些設(shè)計(jì)原則，才能確保轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確無(wú)誤的。

1、傳輸可靠性

地圖數(shù)據(jù)傳輸過程中需要嚴(yán)格按照ADASIS V3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行封裝，EHR在解析地圖數(shù)據(jù)包EHP時(shí)，需要嚴(yán)格按照ADASIS V3接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，保障地圖數(shù)據(jù)傳輸過程中的正確性。此外，EHR系統(tǒng)內(nèi)部算法需采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，確保內(nèi)部運(yùn)算的穩(wěn)定性。一般的EHP與EHR在控制器內(nèi)部通信協(xié)議中仍舊采用原始以太網(wǎng)的方式進(jìn)行。

2、算法適應(yīng)性

當(dāng)前不同的圖商在地圖數(shù)據(jù)包的傳輸和內(nèi)容封裝上都有各自不同的標(biāo)準(zhǔn)和格式。如何設(shè)計(jì)有效的算法模型能夠作為基準(zhǔn)讓所有的圖商適配這套EHR軟件系統(tǒng)是必須要考慮的問題。

3、軟件更新度

自動(dòng)駕駛對(duì)于高精定位的需求不會(huì)是一層不變的，往往會(huì)隨著功能的迭代出現(xiàn)大幅的增加。軟件的可更新度就是可以盡量確保當(dāng)有新的需求需要更改融合定位軟件時(shí)，無(wú)需更改軟件邏輯架構(gòu)，而只是在已有軟件架構(gòu)基礎(chǔ)上做一定的參數(shù)標(biāo)定即可。實(shí)現(xiàn)方法是可以弱化軟件定位軟件模塊間的耦合度，對(duì)外封裝單獨(dú)的標(biāo)定參數(shù)接口。

有前文分析，EHR軟件模塊可看成是一種簡(jiǎn)單的TCP協(xié)議架構(gòu)，主要包含物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、數(shù)據(jù)過渡層以及接口封裝層四個(gè)層級(jí)，且每個(gè)層級(jí)都是為上一個(gè)層級(jí)服務(wù)的。如下圖所示是各個(gè)層級(jí)之間的關(guān)系圖。

 

如上圖所示的地圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型中，從下至上的數(shù)據(jù)模型構(gòu)建分別可以起到的作用如下：

1、物理層：

負(fù)責(zé)地圖終端數(shù)據(jù)抽取，使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要為ethernet/SomeIp，抽取完成的數(shù)據(jù)應(yīng)用ADASIS基本地圖協(xié)議進(jìn)行初級(jí)解析，解析完成的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖池，作為數(shù)據(jù)中間件的數(shù)據(jù)源。

物理層模塊主要包含的處理要素分為如下：

2、數(shù)據(jù)鏈路層：

由于原始地圖數(shù)據(jù)提供的數(shù)據(jù)格式存在一定的差異，可能導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)于EHP到EHR的重構(gòu)算法失敗，因此數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)將原始地圖所表示的EHP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成上層系統(tǒng)所要求的數(shù)據(jù)格式，由此對(duì)數(shù)據(jù)過渡層提供統(tǒng)一的道路數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

這里需要注意物理層與數(shù)據(jù)鏈路層在進(jìn)行模塊數(shù)據(jù)處理（讀取和寫入）時(shí)，都采用了多線程的方式，因此各個(gè)處理模塊之間是彼此獨(dú)立不影響的。

物理層模塊主要包含的處理要素分為如下：

 

3、數(shù)據(jù)過渡層：

這是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中最重要的單元，數(shù)據(jù)過渡層主要負(fù)責(zé)高精地圖原始眾包數(shù)據(jù)EHP到EHR數(shù)據(jù)的實(shí)際轉(zhuǎn)化過程，同時(shí)，該過程融合了自車提供的導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息，生成了基于實(shí)車導(dǎo)航數(shù)據(jù)的高精度地圖信息。其中，導(dǎo)航地圖（SD）完成道路級(jí)路徑規(guī)劃，輸出路徑地圖特征信息，在 高精地圖（HD）中完成道路路徑匹配，并規(guī)劃出相應(yīng)的車道級(jí)路徑。

 

此外，由于ADSIS V3協(xié)議采用了增量更新策略。即，在地圖還原過程中需要引入多幀數(shù)據(jù)疊加才能確保還原效果，因此在數(shù)據(jù)過度層中設(shè)置高速數(shù)據(jù)Cache可以完美地保持住當(dāng)前的輸入數(shù)據(jù)幀，并確保連續(xù)性。包含優(yōu)化數(shù)據(jù)接口封裝層對(duì)數(shù)據(jù)訪問效率，提升數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用接口層對(duì)數(shù)據(jù)的讀取效率。

數(shù)據(jù)過渡層模塊主要包含的處理要素分為如下：

4、接口封裝層：

由于重構(gòu)的EHR數(shù)據(jù)信息可能在真實(shí)地整車級(jí)數(shù)據(jù)協(xié)議上存在不適配的情況，這就要求在數(shù)據(jù)封裝時(shí)進(jìn)行接口適配和數(shù)據(jù)重整合。接口適配是需要使接口輸出模塊對(duì)應(yīng)于輸出協(xié)議，其重構(gòu)的內(nèi)容符合整車要求的信號(hào)協(xié)議（如Can協(xié)議）。

接口封裝層模塊主要包含的處理要素分為如下：

總結(jié)

下一代自動(dòng)駕駛系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)傾向于完全集中式設(shè)計(jì)方案，即將所有原始傳感器處理的數(shù)據(jù)納入中央集中式處理，這一過程也涉及到將以前的高精地圖盒子所承載的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化功能納入自動(dòng)駕駛域控制器中進(jìn)行。這里我們需要明確地知道相關(guān)地圖數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)化、緩沖以及封裝等各個(gè)重要單元的工作步驟、原理及關(guān)鍵點(diǎn)。ADASISV3協(xié)議作為高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)接口規(guī)范，其定義了“ADAS Horizon”的概念，作為一種手段，可以精確地傳達(dá)部分道路網(wǎng)絡(luò)及其特征。因此，在我們做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過程中通常也都是基于ADASISV3協(xié)議進(jìn)行的，并且，后續(xù)從上層角度出發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包的開發(fā)。這其中所有的算法過程都需要后續(xù)嵌入到域控制器中。由此，我們?cè)谇捌谠O(shè)計(jì)域控制器時(shí)，就需要從算力（包含AI算力以及邏輯算力）、帶寬、DDR、eMMC、接口資源需求以及功能安全需求等幾個(gè)方面充分考慮其是否能夠完全滿足高精定位系統(tǒng)的需求。